飞轮储能技术在风电并网中的应用.ppt

飞轮储能技术在风电并网中的应用.ppt

《飞轮储能技术在风电并网中的应用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《飞轮储能技术在风电并网中的应用.ppt（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

飞轮储能技术在风电并网中的应用,CompanyLogo,CompanyLogo,风电的优越性,可归纳为下面几点：

风能是一种无污染的可再生能源，它取之不尽，用之不竭，且没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。

风电技术日趋成熟（可再生能源利用中），产品质量可靠，可用率已达95%以上，已是一种安全可靠的能源。

风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。

风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比拟的。

投资规模灵活，有多少钱装多少机。

在发电方式上还有多样化的特点，既可联网运行，也可和柴油发电机等级成互补系统或独立运行，这对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可能性。

CompanyLogo,风电的发展现状,一、风力发电发展简史起源：

世界上第1台用于发电的风力机于1891年在丹麦建成。

发展：

风电技术经过20年的开发日臻成熟，商业化机组的单机容量从55kW增加到1650kW，风电成本从20美分/（kWh），持续下降到5美分/（kWh），运行可靠性和发电成本接近常规火电，迅速发展成为初具规模的新兴产业。

目前风力机之最为美国CE公司的“超级风力机”，单机功率为7.3MW，风车直径为112m.,CompanyLogo,风电：

丹麦,丹麦是世界上最大的风力发电机组生产国，产量占世界60以上。

在其出口产业中占第二位。

1999年丹麦风电总装机达174万kW，其发电量巳占全国总量的10：

2030年将达550万kw，发电量将占全国近50，其中海上风电场装机将达400万kw。

丹麦政府计划，未来新能源（主要是风电和生物质能）将提供75以上的能源供应，燃煤发电将逐渐淘汰。

CompanyLogo,大规模风电并网：

风电的快速发展,2008：

世界最大风电装机国25GW2030年，20%的风电300GWIncreasingWindEnergysContributiontoU.S.ElectricitySupply（DoEReport,2008）,美国：

欧洲：

20:

20:

20targetsbyYear202020%温室气体排放减少20%可再生能源增加20%能耗减少,CompanyLogo,大规模风电并网：

风电的快速发展,2009年底:

20GW,其中：

并网：

16.13GW（80.07%）非并网：

3.87GW（19.35%）2010年底：

30GW（预计）2020年底：

100GW（预计）,中国：

国家能源局规划：

2010年：

2千万千瓦；2020年：

1亿千瓦，超过总装机的8；7个千万千瓦级的“风电三峡”,风电为代表的可再生能源规模化利用成为全球趋势！

CompanyLogo,我国风电的造价,从统计数据看，全国风电上网电价比常规水电和火电厂高出许多，新疆常规火电上网平均电价在0.25元/千瓦时左右，而风电则平均达到0.6元/千瓦时以上。

而风电利用小时数约在2000至3000小时左右，仅为火电的一半。

另外，虽然风电单位千瓦平均造价已从10000元降到8000元左右，但仍远高于火电的4000元/千瓦造价，建设一座装机10万千瓦的风电场，约需8亿元以上，而建设同样规模的火电厂约为4至5亿元。

CompanyLogo,风电的运行方式,分类：

独立运行和并网运行两种运行方式。

一、独立运行方式独立运行的风力发电机组，又称离网型风力发电机组，是把风力发电机组输出的电能经蓄电池蓄能，再供应用户使用，如需要交流电，则要加逆变器。

（一）储能系统：

风力发电系统采用的储能系统主要有：

蓄电池储能、抽水蓄能。

正在研究试验的有压缩空气储能、飞轮储能、电解水制氢储能等。

CompanyLogo,风电的运行方式,作用：

采用风力发电机与电网连接，由电网输送电能的方式，是克服风的随机性而带来的蓄能问题的最稳妥易行的运行方式，同时可达到节约矿物燃料的目的。

应用：

10kw以上直至Mw级的风力发电机组皆可采用这种方式。

并网运行方式,CompanyLogo,风电的运行方式,并网运行又可分为两种不同的方式：

恒速恒频方式，即风力发电机组的转速不随风速的波动而变化，始终维持恒转速运转，从而输出恒定额定频率的交流电。

这种方式目前已普遍采用，具有简单可靠的优点，但是对风能的利用不充分。

变速恒频方式，即风力发电机组的转速随风速的波动作变速运行，但仍输出恒定频率的交流电。

这种方式可提高风能的利用率，但将导致必须增加实现恒频输出的电力电子设备，同时还应解决由于变速运行而在风力发电机组文撑结构上出现共振现象等问题。

CompanyLogo,大规模风电并网：

风电的特性：

随机、波动,3月,6月,9月,11月,大规模风电并网将使电力系统的特性发生深刻的变化！

CompanyLogo,大规模风电并网：

传统电力系统的特点,发电（稳定、可控）,输配电,用电（随机，不可控）,发电侧输出功率稳定且可控，用电侧负荷随机性大：

一组随机变量电能难以大规模存储：

发输用三个环节功率实时平衡因故障导致系统功率严重失衡时，切机切负荷：

被动致稳,火电,水电,核电,CompanyLogo,大规模风电并网：

现代电力系统的新特点,发电侧输出功率和用电侧负荷都存在随机性：

两组独立随机变量电能难以大规模存储：

功率失衡可能成为电网的一种常态，严重威胁电网安全,发电（随机）,用电（随机）,火电,水电,核电,风电,电网对大规模风电的接入持非常谨慎的态度！

CompanyLogo,大规模风电并网：

风电的穿透功率,能接纳多大比例的风电在高比例风电条件下如何保证电力系统的安全运行,大型风电场并网技术已成为可再生能源规模利用的瓶颈！

？

CompanyLogo,风电并网带来的问题,风能资源丰富地区都处于电网末端，与电网建设不匹配风电并网要求电网有旋转备用容量，控制系统。

电网要求改造，增加成本风电随机性对电网的扰动导致电网安全性下降风电占电网的容量为5%至10%已是最大值，有些电力企业称风电为“劣质电”、“垃圾电”,风电发电量的变化（新疆某风场一年的发电量）,CompanyLogo,电网友好型风电场,电网友好型风电场（GridFriendlyIntegrationofWindTurbines）并网和离网控制有功变化率控制：

限制风场风速变化时的有功变化率故障穿越能力：

电网扰动时不切机调节风电场电压和功率频率响应控制：

一次调频提供无功支持当系统电源或负荷变化时提供惯性,CompanyLogo,大规模风电并网：

风电并网技术,提高电网调度能力和水平：

有调节能力的水电、火电提高风电预测精度，为电网调度提供技术支持提高风电机组的技术水平：

低电压穿越能力、有功调节、无功调节、电压控制,利用储能技术应对风电的随机和波动,CompanyLogo,电网的要求,CompanyLogo,储能技术：

电网的要求,电力系统的发电、输电、配电与用电必须同时完成，要求系统始终处于动态平衡状态中。

如果出现瞬时的功率不平衡，就会造成系统安全稳定问题。

储能系统可以平抑系统出现的瞬时功率不平衡，起到能量的缓冲平衡作用，可有效提高系统的安全稳定性。

储能系统的容量越大，对系统提高安全稳定性的作用越强。

储能系统发挥作用，需与电网连接，连接是通过电力电子装置实现的。

CompanyLogo,储能技术：

储能的作用,并联储能系统的作用：

1.削峰填谷，改善系统日负荷率，提高发电设备利用率，提高电网整体运行效率。

2.储能系统可作为应急备用电源迅速投入系统，提高供电可靠性。

3.适当控制的储能系统可以抑制电压的异常，提高供电质量。

4.将储能系统与电能转换控制技术相结合，可实现对电网的快速控制，改善电网的静态和动态特性。

CompanyLogo,各种储能方式,抽水蓄能先进蓄电池储能飞轮储能超导磁储能超级电容器储能压缩空气储能,CompanyLogo,各种储能方式的比较,小型超导超导抽水储能压缩空气/气体电池储能飞轮储能电容器效率/%90906050709090储能容量低高高高中/高中高模块化是否否否是是是循环寿命无限无限数千次数千次百千次无限数千次充电时间分钟小时小时小时小时分钟小时建设时间周年年年月周月环境影响良好很好极大极大大良好大电厂规模小大大中大小大可用性少开发广泛有广泛示范广泛,CompanyLogo,各种储能方式,CompanyLogo,各种储能方式,CompanyLogo,多元复合储能,风电随机波动的控制调节：

不同时间尺度上的控制,飞轮蓄电池,蓄电池抽水蓄能,抽水蓄能电网调度,CompanyLogo,多元复合储能,单种储能技术还难以满足现代电力系统的需求：

大容量、大功率、快响应、长寿命、低成本、易维护、便安装多元复合储能：

综合利用各种储能技术的特点，通过在一点或多点并联运行的方式，组成能够满足现代电力系统需求的综合储能系统。

一种可行的组合方案：

抽水蓄能蓄电池飞轮储能,CompanyLogo,抽水蓄能,抽水蓄能：

大容量、大功率,为火电和核电机组提供稳定的负荷技术较成熟，效率低，受地理条件限制,蓄电池：

中等规模，易分散安装,钠硫电池、液流电池、锂电池提高容量、充放电速度及次数降低成本，增强环保,CompanyLogo,飞轮储能,单个飞轮储能系统,能量存储模块,能量转化模块,CompanyLogo,飞轮储能：

美国BeaconPower公司,电气最大持续输出功率：

250kW；最大输出能量：

25kWh外接电网电压：

DC800V；旋转损耗：

2%设计年限：

20年；响应时间：

ms物理飞轮：

直径91cm，高152cm；重1360kg变换器模块：

大小91cm61cm46cm；重68kg环境工作温度范围：

-40+50；防震标准：

4级以下地震湿度限制：

95%（非冷凝）；安装地点：

地面混凝土上或拖车内,CompanyLogo,飞轮储能：

美国BeaconPower公司,室内固定式飞轮储能系统矩阵,CompanyLogo,飞轮储能：

美国BeaconPower公司,车载式飞轮储能系统矩阵,CompanyLogo,飞轮储能：

美国BeaconPower公司,调频电站：

40MW/10kkWh40个车载式飞轮矩阵构成，40MW持续15min，预期寿命20年；占地面积减少提供有效动态无功补偿，提高电压稳定性提供低成本的频率控制增大系统阻尼提供15min可靠的后备电源减小传输拥挤不消耗燃料、不产生废气,CompanyLogo,飞轮储能系统,飞轮储能系统的原理,CompanyLogo,飞轮储能系统,飞轮储能系统的基本结构,飞轮储能系统的基本结构,CompanyLogo,飞轮储能系统,飞轮的运行模式,

（1）飞轮加速储能模式,

（2）飞轮减速释能模式,（3）飞轮保持模式,CompanyLogo,飞轮储能系统,飞轮充电控制,飞轮的充电控制采用双环控制结构外环是转速环，内环是电流环。

其随着转速变化输入功率变化如下图所示,飞轮放电控制,飞轮释放能量过程中，电机运行于发电状态，飞轮储存的机械能转换为电能输出。

控制飞轮输出的电流，这样电机可以实现恒功率控制;同时，在控制过程中，需要监测飞轮的转速，在达到设定的转速、转矩或其他设定条件时，系统进入能量保持状态。

CompanyLogo,飞轮储能系统,飞轮储能系统的主电路,飞轮电力变换器原理结构图,飞轮电力变换器的主电路结构,CompanyLogo,飞轮储能系统,飞轮储能,CompanyLogo,飞轮储能的优势,高能量密度：

最大效率地利用装置的空间与重量超长寿命：

数以万次的储能循环周期快速储能能力：

储能与释能速度比接近1:

1高储能效率：

内部真空与磁悬浮技术实现了低损耗操作可视性强：

飞轮转速直接表征存储的能量操作可靠性强：

电力电子技术与电机技术均较成熟受温度变化影响小：

较宽的设计温度范围内都能正常运行维护费用低